本發(fā)明屬于分析及控制測量技術(shù)研究領(lǐng)域，具體涉及一種加入玻璃纖維的碳纖維智能傳感元件及其制作方法。

背景技術(shù)：

碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(carbonfiberreinforcedpolymer/plastic，簡稱cfrp)是一種高分子聚合物導(dǎo)電復(fù)合材料。它不僅綜合了無機(jī)填料的導(dǎo)電性和聚合物材料優(yōu)良的柔韌和加工性能，還具有單組分所不具有的新的物性，充分體現(xiàn)了復(fù)合材料的優(yōu)點。cfrp具有智能特性、結(jié)構(gòu)特性和發(fā)熱特性。對于智能特性方面，cfrp具有力阻和溫阻兩種重要的智能傳感特性，即可通過電阻變化對自身或周邊外力、溫度響應(yīng)：建立力阻效應(yīng)關(guān)系方程，可用于結(jié)構(gòu)的工作環(huán)境、承受載荷、結(jié)構(gòu)響應(yīng)和調(diào)節(jié)性能監(jiān)測；結(jié)構(gòu)損傷積累與演化過程及結(jié)構(gòu)抗力衰減規(guī)律動態(tài)監(jiān)測；評定結(jié)構(gòu)的安全狀態(tài)，科學(xué)地對結(jié)構(gòu)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)、維修和全壽命分析與設(shè)計。建立溫阻效應(yīng)關(guān)系方程，可及時掌控大體積混凝土環(huán)境及澆筑溫度、溫度分布范圍與方式；實時監(jiān)測極冷/熱地區(qū)建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫度變化，預(yù)防溫度應(yīng)力產(chǎn)生；智能調(diào)節(jié)橋面溫度變化，主動抗冰融雪，減少傳統(tǒng)方法對橋面損傷；對于結(jié)構(gòu)特性方面，由于具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐腐蝕的特點，可有效減輕結(jié)構(gòu)自重、在承載構(gòu)件中使用、耐久性性能優(yōu)越；對于發(fā)熱特性方面，它是一種很好的熱敏元件材料。綜上，使用cfrp制作的傳感元件不僅可以實現(xiàn)一系列智能監(jiān)測，未來還可以兼顧結(jié)構(gòu)性能和發(fā)熱性能，切實可行地用于工程實際。

試驗探究階段中，由于客觀因素的限制，傳感元件的制作多數(shù)情況下需依靠手工完成，以往的實驗室傳感器手工制作方法均無法實現(xiàn)一次性將柔性碳纖維單絲用環(huán)氧樹脂粘合制作成傳感元件，即無法使得此傳感元件一次成型。無法實現(xiàn)一次成型的難點，一是由于碳纖維單絲柔性高，且必須以順直的方式入模，將纏繞的碳纖維單絲順直過程較為繁瑣；二是由于環(huán)氧樹脂膠體初凝時間較短，無法實現(xiàn)邊順直碳纖維單絲邊入模的工作。因此，目前制作傳感器的方法將此過程分為兩步，即第一步先將碳纖維單絲順直固定于光滑工作臺面后，刷第一層環(huán)氧樹脂；等環(huán)氧樹脂固化后，將碳纖維單絲周邊多余的環(huán)氧樹脂修剪，再進(jìn)行第二次刷膠入模。因此，兩次刷膠導(dǎo)致制作周期增加，從而整體試驗周期增長。為了更加方便、快捷、優(yōu)質(zhì)地制作碳纖維智能傳感元件，本發(fā)明方法能夠使得傳感元件一次刷膠成型。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對上述問題提供一種加入玻璃纖維的碳纖維智能傳感元件及其制作方法，通過手工制作方法，將柔性碳纖維單絲依附于玻璃纖維網(wǎng)格布上，所預(yù)制成的碳纖維-玻璃纖維層平鋪入模，用環(huán)氧樹脂膠封裝，制作成一種碳纖維智能傳感元件。

本發(fā)明以玻璃纖維網(wǎng)格布為承托，預(yù)制出碳纖維-玻璃纖維層；所述碳纖維-玻璃纖維層寬度與玻璃纖維網(wǎng)格布2格網(wǎng)孔寬度一致，每個網(wǎng)孔中穿入2根碳纖維單絲順直張拉、同方向排列，所形成的碳纖維-玻璃纖維層一端網(wǎng)格套入工作臺面的固定端，另一端用膠帶固定碳纖維-玻璃纖維網(wǎng)格布；所述預(yù)制的碳纖維-玻璃纖維層放入模具后涂刷環(huán)氧樹脂膠體，兩端張拉養(yǎng)護(hù)；所述環(huán)氧樹脂/碳纖維/玻璃纖維復(fù)合材料養(yǎng)護(hù)完成后兩端切割整齊；所述導(dǎo)電電極包括導(dǎo)線焊接于銅片上；所述已焊接完成的銅片另一面與環(huán)氧樹脂/碳纖維/玻璃纖維復(fù)合材料截面用導(dǎo)電銀膠粘結(jié)，靜置室溫養(yǎng)護(hù)；所述導(dǎo)電電極保護(hù)裝置為電極保護(hù)套，用于保護(hù)已制作完成的導(dǎo)電電極端部。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種加入玻璃纖維的碳纖維智能傳感元件的制作方法，包括以下步驟：

步驟s1、將玻璃纖維網(wǎng)格布按照模具的尺寸修剪成長條狀，一端套入鐵釘處，將柔性碳纖維單絲穿入玻璃纖維網(wǎng)格布的網(wǎng)格，每格穿入兩根，并排緊湊放置，另一端用膠帶紙固定于光滑平面上，如此反復(fù)制作多層碳纖維-玻璃纖維層；

步驟s2、準(zhǔn)備好模具，并在模具內(nèi)側(cè)涂抹脫模劑，將預(yù)制完成的碳纖維-玻璃纖維層刷上環(huán)氧樹脂膠體，平放入模具中，并且放置過程中盡量排盡氣泡，將模具蓋板插入頂部卡槽中；

步驟s3、全部放完后，蓋模具上蓋并室溫養(yǎng)護(hù)一定時間后脫模，修整端部；

步驟s4、用手工錫焊的方法將導(dǎo)線粘結(jié)于銅片表面，用導(dǎo)電銀膠涂覆在制作完成的環(huán)氧樹脂/碳纖維/玻璃纖維復(fù)合材料端部和銅片粘貼，養(yǎng)護(hù)一定時間；

步驟s5、養(yǎng)護(hù)完成后，用電極保護(hù)套保護(hù)，此碳纖維智能傳感元件制作完成。

上述方案中，所述步驟s3中養(yǎng)護(hù)72小時后脫模。

上述方案中，所述步驟s4中養(yǎng)護(hù)72小時。

一種利用所述方法制作的加入玻璃纖維的碳纖維智能傳感元件，包括環(huán)氧樹脂/碳纖維/玻璃纖維復(fù)合材料；

所述環(huán)氧樹脂/碳纖維/玻璃纖維復(fù)合材料包括多根碳纖維單絲、多層玻璃纖維網(wǎng)格布和環(huán)氧樹脂；將碳纖維單絲穿入玻璃纖維網(wǎng)格布中形成碳纖維-玻璃纖維層，在碳纖維-玻璃纖維層上刷環(huán)氧樹脂膠體；

所述環(huán)氧樹脂/碳纖維/玻璃纖維復(fù)合材料的兩端均設(shè)有導(dǎo)電電極和電極保護(hù)裝置；所述導(dǎo)電電極包括導(dǎo)電銀膠、銅片、焊點和導(dǎo)線；

所述導(dǎo)電銀膠涂覆在環(huán)氧樹脂/碳纖維/玻璃纖維復(fù)合材料端部和銅片粘貼，所述導(dǎo)線的一端通過手工錫焊粘結(jié)于銅片表面的焊點處；所述電極保護(hù)裝置分別套在導(dǎo)電電極的兩端，且導(dǎo)線的另一端穿過電極保護(hù)裝置。

上述方案中，所述環(huán)氧樹脂/碳纖維/玻璃纖維復(fù)合材料包括80根碳纖維單絲和10層玻璃纖維網(wǎng)格布。

上述方案中，每格玻璃纖維網(wǎng)格布穿入兩根碳纖維單絲順直張拉、同方向排列，并排緊湊放置。

上述方案中，所述電極保護(hù)裝置為電極保護(hù)套。

上述方案中，所述碳纖維單絲為pan基碳纖維單絲。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明玻璃纖維材料自身強(qiáng)度很高，且在溫度方面有著較高的敏感性，將此材料加入原有環(huán)氧樹脂/碳纖維復(fù)合材料傳感元件中可一定程度上提高此傳感元件在壓敏性和溫敏性的靈敏度；另一方面，利用玻璃纖維網(wǎng)格制作成碳纖維-玻璃纖維層，可以實現(xiàn)一次刷膠后即可入模，大大提高了試驗室制作傳感元件的工作效率，本發(fā)明中采用的一次刷膠成型方法可實現(xiàn)試驗室制法中傳感元件連續(xù)化生產(chǎn)，有效提高了約50％左右的效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實施方式的中預(yù)制碳纖維-玻璃纖維層示意圖。

圖2為本發(fā)明一實施方式的中制做環(huán)氧樹脂/碳纖維/玻璃纖維復(fù)合材料示意圖。

圖3為本發(fā)明一實施方式的中脫模、整形后的環(huán)氧樹脂/碳纖維/玻璃纖維復(fù)合材料。

圖4為本發(fā)明一實施方式的中制作端部電極示意圖。

圖中，1.碳纖維單絲；2.玻璃纖維網(wǎng)格；3.鐵釘；4.膠帶；5.碳纖維-玻璃纖維層；6.模具；7.模具蓋板；8.卡槽；9.環(huán)氧樹脂/碳纖維/玻璃纖維復(fù)合材料；10.導(dǎo)電銀膠；11.銅片；12.焊點；13.導(dǎo)線；14.電極保護(hù)套。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。

一種加入玻璃纖維的碳纖維智能傳感元件的制作方法，包括以下步驟：

步驟s1、將玻璃纖維網(wǎng)格布2按照模具6的尺寸修剪成長條狀，一端套入鐵釘3處，將柔性碳纖維單絲1穿入玻璃纖維網(wǎng)格布2的網(wǎng)格，每格穿入兩根，并排緊湊放置，另一端用膠帶紙4固定于光滑平面上，如此反復(fù)制作多層碳纖維-玻璃纖維層5，如圖1所示；

步驟s2、準(zhǔn)備好模具6，并在模具6內(nèi)側(cè)涂抹脫模劑，將預(yù)制完成的碳纖維-玻璃纖維層5刷上環(huán)氧樹脂膠體，平放入模具6中，并且放置過程中盡量排盡氣泡，將模具蓋板7插入頂部卡槽8中，如圖2所示；

步驟s3、全部放完后，蓋模具上蓋并室溫養(yǎng)護(hù)72小時后脫模，修整端部，如圖3所示；

步驟s4、用手工錫焊的方法將導(dǎo)線13粘結(jié)于銅片11表面，用導(dǎo)電銀膠10涂覆在制作完成的環(huán)氧樹脂/碳纖維/玻璃纖維復(fù)合材料9端部和銅片11粘貼，養(yǎng)護(hù)72小時；

步驟s5、養(yǎng)護(hù)完成后，用電極保護(hù)套14保護(hù)，此碳纖維智能傳感元件制作完成。

圖4所示為一種利用所述方法制作的加入玻璃纖維的碳纖維智能傳感元件的一種實施方式，所述加入玻璃纖維的碳纖維智能傳感元件包括環(huán)氧樹脂/碳纖維/玻璃纖維復(fù)合材料9；

所述環(huán)氧樹脂/碳纖維/玻璃纖維復(fù)合材料9包括多根碳纖維單絲1、多層玻璃纖維網(wǎng)格布2和環(huán)氧樹脂；將碳纖維單絲1穿入玻璃纖維網(wǎng)格布2中形成碳纖維-玻璃纖維層5，在碳纖維-玻璃纖維層5上刷環(huán)氧樹脂膠體；

所述環(huán)氧樹脂/碳纖維/玻璃纖維復(fù)合材料9的兩端均設(shè)有導(dǎo)電電極和電極保護(hù)裝置；所述導(dǎo)電電極包括導(dǎo)電銀膠10、銅片11、焊點12和導(dǎo)線13；

所述導(dǎo)電銀膠10涂覆在環(huán)氧樹脂/碳纖維/玻璃纖維復(fù)合材料9端部和銅片11粘貼，所述導(dǎo)線13的一端通過手工錫焊粘結(jié)于銅片11表面的焊點12處；所述電極保護(hù)裝置分別套在導(dǎo)電電極的兩端，且導(dǎo)線13的另一端穿過電極保護(hù)裝置。

所述環(huán)氧樹脂/碳纖維/玻璃纖維復(fù)合材料9包括80根碳纖維單絲1和10層玻璃纖維網(wǎng)格布2；每格玻璃纖維網(wǎng)格布2穿入兩根碳纖維單絲1上述方案中，并排緊湊放置。

所述電極保護(hù)裝置為電極保護(hù)套14。

所述碳纖維單絲1為pan基碳纖維單絲。

應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書是按照各個實施例描述的，但并非每個實施例僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。

上文所列出的一系列的詳細(xì)說明僅僅是針對本發(fā)明的可行性實施例的具體說明，它們并非用以限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡未脫離本發(fā)明技藝精神所作的等效實施例或變更均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。